TW201031277A - Lower electrode assembly of plasma processing chamber - Google Patents

Description

201031277 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於電聚處理腔室。 【交叉參考之相關申請案】 年第f篇第119锋規定’本巾請案對西元2008 I 土描月i所申印之美國暫時專利申請案第❸/嗎⑸號主張 優先權，其内容以引用方式併入於本文。 張 【先如技術】 ❻ ▲然而’在下文參照特定結構與方法的描述中，如此的參 律規定_的範_承認把這些結構及方法視為 利刖技〆本巾睛人保留證明任—參照標的未構成先前技藝的權 上所處理領域中，電聚處理腔室常用以㈣基板 皮。於蝕刻期間，該腔室内基板支撐表面上 基1。基板支架可包括數麵於該基板核周遭（即基 的邊緣環’賴將紐在基板上方的容積及/或保 ❿ 支紐f包細_。邊緣環1 為1焦％，可為犧牲性（即消耗性）零件。在共 美國專利案第 5,805,408、5,998,932、6,013,984、6,039 836 及有 6,383,931號中描述到導體及非導體邊緣環。 ’ 加大，由在低壓時職體（或氣體混合物）添 大1此量而在基板表面之上形成電漿。該電漿可包含 、自由基、與中性物種。藉由調整基板的電位，電ΐ中 子）電物種可直接撞擊該基板表面，從而移除其中的材料（如原 【發明内容】 用於電漿處理腔室的下電極組件包括金屬基底及上與下邊緣 201031277 %。該金屬基底包括數塊金屬板’該數塊金屬板焊接一起且在該 基底的下侧表面上形成焊接線、包括自該下侧表面水平向内延伸 的邊緣環支撐表面及包括該邊緣環支撐表面之上的上侧表面。該 上邊緣％包括一下表面，其安裝於該邊緣環支撐表面.上.，且該下.. 邊緣環圍繞著該基底的下側表面，在該上邊緣環與該下邊緣環的 相對面間及在該下邊緣環與該基底的外緣周間存有空隙。該空隙 具有足夠的長寬比（總空隙長度相對於平均空隙寬度）:，以防止該 焊接線位置處.的電孤。 ❹ 【實施方式】 電漿腔室一般用於藉由供應包括一或多種氣體的餘刻氣體至 該腔室，並對該蝕刻氣體施加能量，使其激發成電漿態而蝕刻基 板上的材料層。吾人已知各種電漿腔室設計，其中射頻（财）能 量、微波能量及/或磁場可用以產生並支持中密度或高密度電漿。 "在如此，電漿處理腔室中，經由合適的裝置，如喷淋頭電極 或氣體注入系統，供應處理氣體，且對處理氣體該供應即能量以 產生電漿，而電漿姓刻下電極上所支稽·的半導體基板。 對於金屬钱刻處理，下電極組件可併於變壓器耦合電漿 (TCP )反應器中。變壓器輕合電衆反應器可自Lam研發股份 公司（加州，Fremont)購得，其中rf能量係感應耦合至反 ，器中。在共同擁有之美國專利案第5,948,7〇4號中揭露可提供高 密度電漿之高流動性電漿反應器的例子，其内容以引用方 於本文。 圖1說明平行板電聚侧反應器。電漿侧反應器100包括 1=、入口負載鎖112與選用的出口負載鎖114，在共同擁有 併本^案第6’824’627號中進一步描述之’其内容以引用方式 的其112與114 (若有設置的話）包括傳送裝置，將如晶圓 ΐ圓供應器162，經腔室⑽，傳出至晶圓接收器164。 負载鎖泵176可在負麵112與114巾提供所需的真空壓力。 201031277 如渦輪栗的的真空栗172適於維持腔室中所 於 漿侧顧，控繼室壓力，且細轉在足岐料漿力的&電 太南，腔室壓力會不利地促使餘刻終止，而太低 ^ 腔室壓力維持在約2GGmTGrr之下（如低於_ $ mTorr)的壓力。 π次低於刈 該真空果可與反應器之壁中的排氣口連接，且受 而控制腔室中的壓力。更好的是，該真空系能夠 於2〇Pc mTorr的腔室内壓力，同時使餘刻氣體流入該腔室中。_ 腔室110包括上電極組件120及下電極組件14〇，上電極袓 12〇包括上電極I25 (如喷淋頭電極〕，而下電極組件⑽電括 士（即下電極）與其上表面中所形成的基板支撐表面15〇。^ Ϊ極組安裝在上殼13G中。機構132可使上殼13Q垂直移 動’以調整上電極125與基板支撐表面15〇間的空隙。 侧殼m連接，以傳送含—或多種氣體的 乳體至上電極組件12G。在較佳細反應H中，該上電極 布ί統’其可用以傳送反應及/或載體氣體至靠近基板 表面的區域。在共同擁有之美國專利案第6,333,272、6,230⑹、 50ϋ5及5,824,605號中揭露氣體分布系統，其可包括一或多個 ===(如嘴_極），上述案内容併入 “ίί極ϋ好包括喷淋頭電極，其包括分布蝕刻氣體的孔 喷淋頭電極可包括一或多個垂直間隔開的擋板， 進所需的侧氣體分散。該上及下電極可由任一合適材料 i成’如石墨、梦、碳化發、紹（如陽極極化銘）或心且合。 ===可與上·件12G連接，且另―_體源可 户理了平行板反應11 ’邊緣環組件可驗其它電漿 處理糸統’如感應耦合電漿腔室。 圖2顯示基板支架200，其包括支撐基板s的底座2〇2、繞著 201031277 底座202的下邊緣環204及上邊緣環2〇6。上邊緣環206在其下表 面上包括與該下邊緣環上端接合的台階。 圖3顯示底座300，其最好包括鋁合金（如6〇61_Τ6)的上板 302、中板304及下板306。中板304包括冷卻劑通道.308，供應 著通過入口 310的冷卻劑。底座中所循環的冷卻劑經由出口（未 顯示)離開。可在銘板（如6061)中加工製造通道308，且下板 306與中板304在焊接線312真空焊接以封閉該通道。 Φ

上板302可包括一或多個供應熱傳氣體（如He)的氣體通道 314。上板302的下侧中所加工製造的一或多個徑向延伸的通道 316可貫穿升降銷孔318，升降銷（未顯示）垂直移動穿過升降銷 孔318 ’以將晶圓升離底座的上表面32〇與將晶圓降至上表面 上。沿圓周間隔開且軸向延伸的氣體通道（未顯示）使氣體通道 314的He對準晶圓下側。上板3〇2與中板3〇4在焊接線322真空 焊接以封閉氣體通道314與氣體通道316。 在將上板及下板與中板焊接後，ESC陶瓷層板（未顯示）與 板=02的上表面結合，將底座組件加工以提供光滑表面且使該 、、且件陽極極化。此陽極化結果在焊接線312及322處 約0.001英吋（25吨)的厚度。 片圖4顯示被設計成安裝在底座3〇〇周緣的邊緣環組件。然而 = 件用以於導體材料（如銘或其它導體層）電聚姓刻期 間支撐感應耦合電漿腔室中的晶圓時，45小時後 31^與322周遭的許多位置處觀察到電孤斑。此邊緣環組件 ίριΐ，術與下環414，且具有環狀水平空隙，空隙高度（H) ，圍自0.003至0.047射及空隙長度（L)約〇 6英对。因製造 表面帶有公差以允許上環及下環之相對面的配適，故該空 有〇 〇〇3至〇·047英吋的範圍。例如’該等環可為具有約 或更大内徑的加工石英環，適合用在支撐細咖晶圓的 徑可的如L上邊緣環可具有、約12英对的内徑，且下邊緣環内 崎夕f英吋。具有〇.〇u至〇.〇3〇英吋之空隙範圍及約1英 X的環狀垂直空隙將下邊緣環的内緣周與底座的外緣周分 201031277 開。 、參照圖2,已證明上邊緣環在其下表面具有單一小台階，係無 法防止底座組件之焊接線處的電弧。相反地，呈有較大台階、 t階或其它改良處理以增加空隙長寬比的上&緣環可二制焊接 線處的電弧。特败，圖4顯示-台階式邊緣環組件·的橫剖 面圖，其中上邊緣環4〇2具有0.6英对的高度（H)、13⑽英 的外徑（OD)、⑽英对的内徑（ID)及i 82〇英对的寬度（w ί ΐΐϊ面406提供、約αι英时的偏移。為順應突出底座上 ❹ 延伸0.108英叶。下邊緣環414包括與台階4〇 2

凹部418與底座300底下的介電構件接合。接口的A 服謹問題的邊緣環組件。該邊緣環組件包括上 空读S古&阳下邊緣衣之相對面間的空隙延長，從而阻止電漿 ㈣壓小時位置。有了此台階式的環，在2000 i fί ΐ環组件包括内台階5G2與外台階測。該内 5口〇 的深度，且外台階504在上邊緣環508的外緣周 下邊的凹部’並自該外緣周延伸至垂直面遺。 與外台階5〇4接合的凸部514,且上内_ a中可:徑式密封的邊緣環組件。在變體 ϊΐ環;:度的25至5〇%。在變❹中，在上邊緣環的 =-口階’且下邊緣環的上表面包括 之 巾，賴絲環 繞心自1上邊緣械下表面中’且下邊緣環包括與該上邊 沾之凹口 p接合的單一台階。在變體 下 的台階延_該下表™，且m緣 8 201031277 U面外部之上延伸的内凸部。變體D中的台階高度垂直 的i°46r°：f變體E中，對照的邊緣環組件包括 ΐ 壁前聽賴為該上雜職紅ig至·的^ 變體F巾，上邊緣環在其卞表面中包括包括單一環狀凹: 緣環包括與該凹部接合的環狀凸部。該等凹部達上邊‘ 之冋度的10至40%，且寬度係下邊緣環寬度的15至6〇%。、’ ❹ a圖6A顯示邊緣環組件600，其包括上環602及下環604。上 =0^包括溫控基底610之環狀表面_所承受的下表面_ 5基f 610之柱狀侧表面614的内側表面612、曝露於電漿環 6!6、曝露於電漿環境的頂表面618 (圍繞著該基底上所 支稽的基板S)、位在絲板外緣周之下的上台階㈣與包括 表面624及外下侧壁626的下台階622。下邊緣環6〇4 /包括外表面 628、上表面630、内侧表面632及内侧表面632底端處的下台階 =4。上邊緣環602及下邊緣環604之相對面間具有〇 〇〇3至〇 〇55 英吋寬度（W)的空隙640具有足以在硬焊接合部642位置處防 止電弧的長度（L)。因此，對於平均空隙寬度，W/L的長寬比 好至少為20 〇 抑圖6B顯示邊緣環組件6〇〇B，其包括上環602B及下環604B。 上環602B包括溫控基底610之環狀表面608所承受的下表面 606B、面對基底610之柱狀侧表面614的内側表面612、曝露於 ，漿環境的外侧表面616B、曝露於電漿環境的頂表面618 (圍繞 者該基底上所支撐的基板S )、位在該基板外緣周之下的上台階62〇 與包括外下表面624及外下侧壁626的下台階622。下邊緣環604B 包括外表面628、上表面630B及631B、内侧表面632及内侧表面 632底端處的下台階634。上邊緣環602B及下邊緣環604B之相對 面間具有0.003至0.055英吋寬度（W)的空隙640B具有足以在 硬焊接合部642位置處防止電弧的長度（L)。因此，對於平均空 隙寬度，W/L的長寬比最好至少為20。 圖6C顯示邊緣環組件600C ’其包括上環602C及下環604C。 201031277 上環602C包括下表面606C，其具有溫控基底610之環狀表面6〇8 所承受的内部及延伸超出該支撐面的外部、面對基底61〇之柱狀 侧表面614的内侧表面612、曝露於電漿環境的外侧表面616C、 曝露於電漿環境的頂表面618(圍繞著該基底上所支攆的基板幻、 位在該基板外緣周之下的上合階620與包括外下表面624C及外下: 側壁626C的下台階622CN下邊緣環觀c包括外表面628 >上表」 面63〇C及631C、内侧表面632及内侧表面632底端處的下台階 634。上邊緣環㈣及下邊緣環髮之相對面間. 0.055英对寬度（W)的空隙640C具有足以在硬焊接合部碰位 置處防止電弧的長度（L)。因此，對於平均空隙寬度，w/l的長 寬比最好至少為20 〇 % 圖6D顯示邊緣環組件600D，其包括上環6〇2D及下環6〇4Εκ 上環602D包括下表面606D’其具有溫控基底61〇之環狀表面6〇8 所承受的内部及延伸超出該支撐面的外部、面對基底61〇之柱狀 側表面614的内側表面612、曝露於電漿環境的外侧表面616〇、 曝露於電漿環境的頂表面618(圍繞著該基底上所支撐的基板幻、 位在該基板外緣周之下的上台階62〇與面對下邊緣環6〇4d之環狀 溝槽652的環狀溝槽650。介電質環654安裝在溝槽65〇及652 中。下邊緣環604D包括外表面628、上表面630D、内側表面632 及内側表面632底端處的下台階634。上邊緣環6〇2D及下邊緣環參 6(T4D之相對面間具有的0.003至〇 〇55英吋寬度(w)的空隙64〇^ 具有藉由介電質環654延長而足以在硬焊接合部642位置處防止 電，的長度（L)。因此，對於平均雜寬度，狐的長紐最好 至少為20 〇 圖6E顯示邊緣環組件600E，其包括上環6〇2E及下環6〇4e。 上環602E包括溫控基底61〇之環狀表面6〇8所承受的下表面 606E、面對基底610之柱狀侧表面614的内侧表面612 於 J漿環境的外侧表面獅、曝露於電衆環境的頂表面⑽（圍繞-著該基底上所支撐的基板s )、位在該基板外緣周之下的上台階62〇 與包括外下表面624E及外下麵626E的下請622E。下σ邊緣環 201031277 604E包括外表面628、上表面630、内侧表面632及内側表面632 底端處的下台階634。上邊緣環602E及下邊緣環604E之相對面 間具有0.003至0.055英吋寬度（W)的空隙640E具有足以在硬 焊接合部.642_位置處防止電孤的長度（l)。因此，對於平均空隙 寬度，WL的長寬比最好至少為20。

圖6F顯示邊緣環組件60(^ ’其包括上環602?及下環604卩。 上％ 602F包括溫控基底610之環狀表面608所承受的下表面6〇6F 且表面606F的外部包括容納自下邊緣環604F向上延伸環狀之凸 部658的環狀凹部、面對基底610之柱狀侧表面614的内侧表面 612、曝露於電漿環境的外侧表面616F、曝露於電漿環境的頂表面 618 (圍繞著該基底上所支樓的基板8)與位在該基板外緣周之下 的上台階620。下邊緣環604F包括外表面628、上表面63〇ρ、内 側表面632及内侧表面632底端處的下台階634。上邊緣環6〇2ρ 及下邊緣環604F之相對面間具有0.〇〇3至〇 〇55英吋寬产（冒） ，空隙_F具奴以在硬焊接合部642位置處防止電“長度 αγ因此’對於平均空隙寬度，狐的長寬比最好至少為。 徵牛ϋ包括」及「包含」等觸來指明含有所稱的特 該等詞的使用不排除—或多種特徵、步驟 組成物或其群組的存在或增加。 有上文所指的參考文獻是醉文個的方式併人，1引用 = 同將每—個別參考文獻特定且個別地以全文的方Ξ 悉本糊，対綱，對於熟 為不‘文隨附 【圖式簡單說明】 圖1係習知電漿處理設備的說明。 圖2係對照的下電極組件說明。 圖3係圖2戶斤示之底座的橫剖面說明。 201031277 圖4顯示圖2所示之組件的上及下邊緣環細節。 圖5顯示依據較佳實施例之曲徑式密封的邊緣環組件細節。 圖6A-F顯示徑式密封之邊緣環組件的實施例。

【主要元件:符號說明】 100 電漿蝕刻反應器 110 腔室 112 負載鎖 114 負載鎖 120 上電極組件 125 上電極 130 上殼 132 機構 140 下電極組件 150 與基板支撐表面 160 底座 162 晶圓供應器 164 晶圓接收器 170 蝕刻氣體源 172 真空泵 173 閥 174 熱傳液體游 176 負載鎖泵 200 基板支架 202 底座 204 下邊緣環 206 上邊緣環 300 底座 302 上板 304 下板 12 201031277 306 中板 308 通道 310 入口 312 焊接線 314 氣體通道 316 通道 318 升降銷孔 320 上表面 322 焊接線 m 400 邊緣環組件 ^ 402上環/上邊緣環 404 上環/上邊緣環 406 下表面 408 凹部 410 上表面 412 内緣周 414 下環/下邊緣環 416 上端 418 凹部 Ο 500 邊緣環組件 502 台階 504 台階 506 外緣周 508 上邊緣環 510 垂直面 512 下邊緣環 514 凸部 516 上内部 600 邊緣環組件 600B邊緣環組件 201031277 600C 邊緣環組件 600D 邊緣環組件 600E 邊緣環組件 600F 邊緣環組件 602 上環/上邊緣環 602B 上環/上邊緣環 602C 上環/上邊緣環 602D 上環/上邊緣環 602E 上環/上邊緣環 602F 上環/上邊緣環 604 下環/下邊緣環 604B 下環/下邊緣環 604C 下環/下邊緣環 604D 下環/下邊緣環 604E 下環/下邊緣環 604F 下環/下邊緣環 606 下表面 606B 下表面 606C 下表面_ 606D 下表面 606E 下表面 606F 下表面 608 環狀表面 610 基底 612 内側表面 614 側表面 616 外侧表面 616B 外側表面 616C 外侧表面 616D 外侧表面 201031277 • 616E外侧表面 616F 外側表面 618 頂表面 • 620 上台階 622 下台階 622C下台階 622E下台階 624 外下表面 624C外下表面 624E外下表面 626 外下侧壁 626C外下側壁 626E外下侧壁 628 外表面 630 上表面 630B上表面 630C上表面 630D上表面 630F上表面 ® 631B上表面 631C上表面 632 内側表面 634 下台階 640 空隙 640B空隙 640C空隙 640D空隙 640E 空隙 640F 空隙 642 硬焊接合部 15 201031277 650 溝槽 652 溝槽 654 介電質環 658 凸部 S 基板

Claims (1)

1. 201031277 七 1. 、申請專利範圍： 一種用於一電漿處理腔室的下電極組件，包括： a、 一金屬基底’包括金屬板： 11 l -焊麟，錄—硬焊接合雜置處的—下侧表面上， 該硬焊接合部將該金屬板冶金結合一起； 111. -邊緣環支躲面’自該下條面水平向内延伸；及 一上側表面，位於該邊緣環支撐表面之上； b、 ’包括—下表面，安裝於該邊緣環支縣面上； c、 一下邊緣環，圍繞著該下側表面；及 ❹ d、，在該上邊緣環與該下邊緣環的相對面間及該下 該基底的外緣周間，該空隙具有足_長寬比以 弧’該長寬比係總空隙長度相對 2. 範圍第1項之用於—電漿處理腔室的下電極組件， 其中該長寬比至少為20。 3. 範圍第1項之用於1漿處理腔室的下電極組件， ❹ ，、找下邊緣觀/或該上邊緣環包括-介電質材料。 4· 圍第1項之用於一電漿處理腔室的下電極組件， 材料包括選自魏化紀、氧化鈽、氧化銘、氮化 矽及石夬組成的群體中至少一者。 圍第1項之用於—電漿處理腔室的下電極組件， ΐί包括上、巾及下金屬板，該上金屬板與該中金 在-下焊接起’且該中金屬板與該下金屬板 6.如申請專利範圍第丨項之用於一電驗理腔室的下電極組件， 17 201031277 其中該下邊緣環包括-侧表面，該侧表面對著該 侧表面’且在該金屬基底的邊緣環支縣面之上延伸:-、 7. 用於一電漿處理腔室的下電極組件， 面且該下表面位在該邊緣環支撐表面的外部之上。 录 8. ==2====腔室的下電極組件， 槽對面一的溝 項之用於—絲處理腔室的下電極組件， ^ϋΐίίίί上表面上包括—環狀凸部，且該上邊緣環 匕括奋納该環狀凸部的一環狀凹部。 其項之用於—電漿處理腔室的下電極組件’ i中2少0 ;二在/、下表面包括單一台階，該台階延伸至該下 高产，傀㈣且該下邊緣環具有大於該基底之下侧壁的 又 k邊緣環的上部配適於該台階所形成的凹部内。 八、圖式： 18